JP2022118771A - ダイカストマシンおよび鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブと金型との係合完了からプランジャによる射出前進開始までのタイムラグを抑えることにより、鋳造の品質および生産性を向上させること。【解決手段】ダイカストマシン１００の射出装置１は、金型から離脱した状態で溶湯が注入されるスリーブ１２と、スリーブ１２を傾転位置Ａ２と直立位置Ａ１とに変位させる移動機構１４と、プランジャ１１と、射出シリンダ１５と、スリーブ駆動機構１３とを備える。油圧回路２は、射出シリンダ１５のロッド室Ｃ２とヘッド室Ｃ１とを連通させる連通回路２０１と、ヘッド室Ｃ１に作動油をポンプ２１により圧送可能な射出前進回路２０２とを備える。射出前進回路２０２は、スリーブ１２の移動に追従してピストンロッド１５１が移動している時に、ヘッド室Ｃ１に作動油を強制的に補充するように制御される。【選択図】図６

Description

本発明は、ダイカストマシンおよび鋳造方法に関する。

特許文献１には、竪型ダイカストマシンの射出装置が記載されている。かかる射出装置は、注湯後、スリーブ本体を上方に設置されている金型に係合させた後、射出シリンダのヘッド側への圧力印加により、ピストンロッドに結合しているプランジャを上方へ前進させることでキャビティへ溶湯を射出する。スリーブ本体は、プランジャの周りに配置されるスリーブ支持体により支持されている。
注湯は、スリーブ本体およびスリーブ支持体からなるスリーブを直立姿勢に対して傾転させた状態で行われる。注湯後、スリーブを直立姿勢に復帰させ、スリーブ本体を金型に係合させて射出を行うために、速やかにスリーブをラムシリンダへの作動油の供給により上方へ駆動する。ピストンロッドに設けられたカップリング等がスリーブ支持体により支持されているので、スリーブの上昇時に、プランジャおよびピストンロッドがスリーブ支持体により持ち上げられ、プランジャおよびピストンロッドがスリーブと一体的に上昇する。このとき、射出シリンダのロッド側の空間（ロッド室）とヘッド側の空間（ヘッド室）とを繋ぐ所謂ランアラウンド回路を通じて、ロッド室から排出された作動油がヘッド室へと流入する。

特開平１０－０３４３０８号公報

スリーブの上昇時にロッド室からヘッド室へと流入する作動油の量は、そのときのピストンロッドの上昇に伴い増加するヘッド室の容積に対して、ピストンロッドの径に相当する分、不足する。
ここで、ヘッド室の容積増大に遅滞なく、不足量に相応の量で作動油が補充されないならば、ヘッド室が負圧となる。スリーブの上昇ストロークに応じた作動油の補充必要量、およびスリーブの上昇速度等によっては、ロッド室からヘッド室へと流れる作動油の流動エネルギーが、オイルタンクとヘッド室とのヘッド差により得られる流動エネルギーに対して大きい。そのため、オイルタンクからヘッド室へと作動油を吸い込むことによっては、ヘッド室に作動油を十分に補充することができない場合がある。そのため、スリーブを上昇限まで上昇させて金型にスリーブ本体を係合させた時にヘッド室が負圧であるならば、次の射出動作のために油圧源からヘッド室に圧力が付与されても、負圧が解消されないうちはプランジャが前進しないので、射出動作の開始が遅れてしまう。

図８に、金型への係合完了時にヘッド室が負圧である場合について、プランジャの変位量ｓ（ストローク）および移動速度ｖの一例を示す。スリーブが上昇限に到達して金型へのスリーブ本体の係合が完了すると、射出動作を開始する制御指令の発令（ｔ１）により油圧回路のバルブが動作することで、ヘッド室に作動油が供給される。それによってヘッド室の圧力が増加して負圧から正圧に転じると、スリーブに対してプランジャが前進を開始する（ｔ２）。つまり、スリーブの上昇限への到達に伴う射出開始指令の発令時ｔ１から、射出前進開始時ｔ２までの間にはタイムラグｔｄが存在する。

本発明は、スリーブと金型との係合完了に伴う射出開始指令からプランジャの射出前進開始までのタイムラグを抑えることにより、鋳造の品質および生産性を向上させることを目的とする。

本発明は、金型のキャビティへと溶湯を射出するプランジャを駆動する射出シリンダを含む射出装置、および射出シリンダに接続される油圧回路を備えるダイカストマシンである。
射出装置は、金型に対する係合および離脱が可能であって、金型から離脱した状態で溶湯が注入されるスリーブ本体、およびスリーブ本体を支持するスリーブ支持体を含むスリーブと、スリーブを注湯用の位置と基本位置とに変位させる移動機構と、スリーブ本体に対して進退可能であって溶湯をキャビティに向けて押し出すプランジャチップ、およびプランジャチップから金型に対して離れる向きに延出するプランジャロッドを含むプランジャと、プランジャロッドに連結されるピストンロッドを含む射出シリンダと、スリーブ本体が金型に係合する向きにスリーブを軸線に対して平行に駆動可能なスリーブ駆動機構と、を備える。
油圧回路は、射出シリンダのロッド室とヘッド室とを連通させる連通回路と、ヘッド室に作動油をポンプにより圧送可能な強制補充回路と、を備える。
強制補充回路は、スリーブの移動に追従してピストンロッドが移動している時に、ヘッド室に作動油を強制的に補充するように制御される。

本発明のダイカストマシンにおいて、射出装置は、プランジャとスリーブとの相対変位量を検知可能な相対変位量検知部を備えることが好ましい。

本発明のダイカストマシンにおいて、軸線は、鉛直方向に対して平行に設定され、射出装置は、スリーブ駆動機構によるスリーブの上昇によりスリーブ本体が金型に係合した状態のスリーブに対して、プランジャを上方へ前進させることで、溶湯をキャビティに向けて射出することが好ましい。

本発明のダイカストマシンにおいて、油圧回路は、ヘッド室の作動油が負圧であることを検知可能な圧力検知部を備えることが好ましい。

本発明のダイカストマシンにおいて、油圧回路は、ヘッド室への圧力の付与によりプランジャを前進させてプランジャチップにより溶湯をキャビティに向けて射出させる射出前進回路を備え、射出前進回路は、スリーブ本体が金型に係合するまでスリーブが移動する時間において、圧力検知部により得られる圧力値が負圧を示しているとき、強制補充回路としてプランジャを前進させることが好ましい。

また、本発明は、スリーブに対して進退可能であって金型のキャビティへと溶湯を射出するプランジャ、およびプランジャを駆動する射出シリンダを備え、スリーブの移動にピストンロッドが追従するように構成されている射出装置を用いる鋳造方法であって、金型からスリーブが離脱している注湯用の位置にスリーブがある状態でスリーブの本体であるスリーブ本体に溶湯を注入する第１ステップと、注湯用の位置から基本位置へとスリーブを変位させることでスリーブ本体を金型の近傍に配置する第２ステップと、金型に対してスリーブ本体が係合する向きへのスリーブの移動を開始する第３ステップと、スリーブの移動に追従してピストンロッドが移動している時に、射出シリンダのヘッド室に作動油をポンプにより圧送する第４ステップと、スリーブの移動によりスリーブ本体が金型に係合する第５ステップと、ヘッド室への圧力の付与によりプランジャを前進させて溶湯をキャビティに向けて射出する第６ステップと、を含む。

本発明の鋳造方法の第４ステップにおいて、ポンプを用いたヘッド室への作動油の補充は、ヘッド室の作動油の圧力を検知することで得られるヘッド圧が所定の補充開始圧に対して小さいときに開始され、ヘッド圧が所定の補充終了圧に対して大きいときに終了することが好ましい。

本発明の鋳造方法の第４ステップにおいて、プランジャとスリーブとの相対変位量が閾値を超えた場合に、ポンプを用いたヘッド室への作動油の補充を停止することが好ましい。

本発明によれば、射出装置の構造上、スリーブの上昇開始後に射出シリンダのヘッド室の圧力が負圧になることが避けられないとしても、スリーブ上昇中におけるヘッド室へのポンプを用いた強制的な作動油の補充により、射出開始指令の発令時までにはヘッド室の圧力を負圧から正圧へと回復させることができる。そのため、射出開始指令に遅滞なくプランジャが前進を開始するから、溶湯の温度を出来る限り低下させないでキャビティに溶湯を充填することができる。したがって、湯回りの不良や凝固層の混入を避けて鋳造品質を向上させることができる。また、射出開始指令の発令時にヘッド室の圧力が負圧である場合に生じるタイムラグを解消してサイクルタイムを短縮することができるので、生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るダイカストマシンを模式的に示す図である。 （ａ）は、ダイカストマシンに備わる射出装置を示す縦断面図である。スリーブは原位置にある。（ｂ）は、金型に係合する位置までスリーブを上昇させた状態を示す図である。 射出装置に接続される油圧回路を示す模式図である。 鋳造の各工程を示すフローチャートである。 スリーブ上昇工程の処理の詳細を示すフローチャートである。 スリーブが上昇する時間に亘る射出シリンダのストロークとヘッド室の圧力との変化を示すグラフである。 図６に対する比較例を示すグラフである。 スリーブの上昇開始から、金型への係合が完了して射出動作が開始されるまでのプランジャのストロークおよび移動速度を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔全体構成〕
図１に示すダイカストマシン１００は、フロアＦに設置される下側ベース１０１と、固定プラテン１０２と、上側ベース１０３と、可動プラテン１０４と、固定金型１０５（下側金型）と、可動金型１０６（上側金型）と、型締シリンダ１０７と、射出装置１と、油圧回路２（図３）と、ダイカストマシン１００の各装置を制御する制御装置１００Ｃとを備えている。
制御装置１００Ｃは、図示しないコンピュータ装置により実行されるプログラムに基づいて油圧回路２のバルブ等を制御することで射出装置１の動作を制御する。

射出装置１は、下側ベース１０１に支持された状態で、図示しないピットの内側に配置される。竪型である射出装置１は、固定金型１０５および可動金型１０６からなる金型に対して下方から上方に向けて溶湯を鋳込む。
固定金型１０５と可動金型１０６との型締の方向も、鋳込みの向きと同様、鉛直方向に設定されている。なお、射出装置１が竪型であっても、型締の方向が水平方向に設定されていてもよい（例えば、特開平４－２７４８５６号公報参照）。

可動プラテン１０４、および可動プラテン１０４に設けられる可動金型１０６は、上側ベース１０３に支持された型締シリンダ１０７を含む型締・型開機構によりコラム１０８に沿って下降するとともに、固定金型１０５と型締される。型締された固定金型１０５と可動金型１０６との間に形成されるキャビティ１０９には、射出装置１により溶湯が充填される。その後、溶湯の増圧、型開、図示しない排出機構による金型からの製品の排出を経て、鋳造品が製造される。

図１に射出装置１の上端部を一点鎖線で示すように、射出装置１に備わるスリーブ１２を、実線で示す直立位置Ａ１（基本位置）に対して傾転位置Ａ２（注湯用の位置）まで変位させて固定金型１０５から離脱させた状態で、図示しない給湯装置によりスリーブ１２の本体であるスリーブ本体１２１に溶湯が注入される。一点鎖線で示す傾転位置Ａ２から、実線で示す直立位置Ａ１までスリーブ１２を復帰させて固定金型１０５の近傍（直下）にスリーブ本体１２１を配置したならば、スリーブ１２を上昇させて固定金型１０５に係合させることができる。
スリーブ１２を傾転させた状態で行われる注湯は、型締と並行して行うことができる。

固定プラテン１０２および下側ベース１０１には、直立位置Ａ１と傾転位置Ａ２との間のスリーブ１２の変位に必要な空間、つまりスリーブ１２の移動を許容する切り欠き等の移動経路Ｒが確保されている。
スリーブ１２が直立位置Ａ１にある状態で上昇限まで上昇されると、スリーブ本体１２１が、固定金型１０５に形成されている図示しないインロー部に係合する。

〔射出装置〕
図１および図２に示すように、射出装置１は、プランジャ１１と、スリーブ１２と、スリーブ駆動機構１３と、移動機構１４と、射出シリンダ１５とを備えている。

移動機構１４は、図１に示すように、射出装置１を傾転位置Ａ２と直立位置Ａ１とに変位させる。本実施形態の移動機構１４は、直立位置Ａ１に対して傾斜した傾転位置Ａ２まで、プランジャ１１、スリーブ１２、スリーブ駆動機構１３、および射出シリンダ１５を一体的に傾転させる。移動機構１４は、射出シリンダ１５のシリンダ部１５０の下部を回転自在に支持する軸部１４１と、油圧によりシリンダ部１５０を側方から押し引き可能な傾転シリンダ１４２とを備えている。

軸部１４１は、下側ベース１０１から下方に延びている図示しない支持部材により支持されている。傾転シリンダ１４２は、図示しないピットの側壁に固定されている。傾転シリンダ１４２のピストンロッド１４２Ｂは、射出シリンダ１５のシリンダ部１５０に対してピン結合されている。

プランジャ１１、スリーブ１２、および射出シリンダ１５のそれぞれの軸線は、同一直線上に設定されている。これらの軸線を軸線Ｌと総称する。スリーブ１２が直立位置Ａ１にあるとき、軸線Ｌの方向は鉛直方向に一致する。

図２に示すように、プランジャ１１は、プランジャチップ１１１およびプランジャロッド１１２を含む。プランジャ１１が射出シリンダ１５により駆動されて上方へ前進すると、プランジャチップ１１１は、スリーブ本体１２１に注入された溶湯をキャビティ１０９に向けて押し出す。プランジャロッド１１２は、プランジャチップ１１１から、固定金型１０５に対して離れる向きに延出している。プランジャロッド１１２の下端部は、射出シリンダ１５のピストンロッド１５１の上端部に、カップリング１６により連結されている。

スリーブ１２は、スリーブ本体１２１と、スリーブ本体１２１を支持するスリーブ支持体１２２とを含む。スリーブ本体１２１は、スリーブ支持体１２２から上方へ突出し、固定金型１０５に係合される上端部と、スリーブ支持体１２２に固定される下端部とを備えている。

スリーブ支持体１２２は、スリーブ本体１２１の位置からプランジャロッド１１２の周りを下方へ延出する延出部１２２Ａと、プランジャロッド１１２およびピストンロッド１５１を支持する支持部１２２Ｂとを備えている。
支持部１２２Ｂは、プランジャ１１およびピストンロッド１５１を支持部１２２Ｂから上方へは離脱可能に支持している。スリーブ１２の上下方向の移動にプランジャ１１およびピストンロッド１５１は追従するが、プランジャ１１およびピストンロッド１５１の上方への移動にスリーブ１２は追従しない。プランジャ１１およびピストンロッド１５１は、プランジャ１１によりキャビティ１０９に溶湯を射出するとき（射出前進時）、あるいは、射出を終えて原位置（図２（ａ）に示す状態）に復帰するとき（射出後退時）に、スリーブ１２に対して軸線Ｌの方向に進退可能である。

プランジャ１１の駆動制御に用いられるプランジャ１１の軸方向の位置（ストローク）を検知するため、シリンダ部１５０から上方へ延びるストロークセンサ１８（図２（ｂ）のみに示す）が設けられている。ストロークセンサ１８は、例えば、ラック１８１、ピニオン１８２、およびロータリーエンコーダ１８３を含む。ストロークセンサ１８により、スリーブ１２の上昇限Ｂ２への到達を検知可能である。

支持部１２２Ｂには、ピストンロッド１５１に固定された被支持部１７が支持されている。被支持部１７の径は、ピストンロッド１５１の径よりも大きい。被支持部１７は、支持部１２２Ｂに形成されている凹部１２２Ｃの内側に安定して支持される。
ピストンロッド１５１は、射出時に、支持部１２２Ｂに設けられた図示しない軸受に対して摺動可能に支持部１２２Ｂを貫通している。

スリーブ駆動機構１３は、スリーブ本体１２１が固定金型１０５に係合する向きに軸線Ｌに対して平行にスリーブ１２を駆動可能である。スリーブ駆動機構１３としては、例えば、ラムシリンダ１３０等の単動式の油圧シリンダを採用することができる。その他、単動式あるいは複動式の適宜な油圧シリンダを用いることができる。

スリーブ支持体１２２には、一対のラムシリンダ１３０が組み込まれている。各ラムシリンダ１３０は、延出部１２２Ａの一部であるシリンダ部１３０Ａと、下端部が射出シリンダ１５のシリンダ部１５０に固定されて上方に延びているラム１３０Ｂとを含む。
なお、スリーブ１２が安定して上昇および下降するために必要な任意の数のラムシリンダ１３０をスリーブ支持体１２２に設けることができる。

図２（ａ）に示すスリーブ１２は、原位置Ｂ１に位置している。シリンダ部１３０Ａの内部の油室１３０Ｃに作動油が供給されると、油室１３０Ｃの圧力により、図２（ｂ）に示すように、ラム１３０Ｂがシリンダ部１３０Ａから下方に押し出されることでシリンダ部１５０に対してスリーブ１２が上昇する。スリーブ１２を移動させるにあたり、シリンダ部１５０に接続されている図３の連通回路２０１（所謂ランアラウンド回路）を通じて、射出シリンダ１５のヘッド１５１Ａ側に位置するヘッド室Ｃ１と、ロッド側に位置するロッド室Ｃ２とを連通させている。

スリーブ１２が上昇すると、スリーブ支持体１２２の支持部１２２Ｂによりプランジャ１１およびピストンロッド１５１が持ち上げられる。そのため、ロッド室Ｃ２から排出される作動油が連通回路２０１を通じてヘッド室Ｃ１へと流入しつつ、プランジャ１１およびピストンロッド１５１がスリーブ１２の上昇に追従して上昇する。
図示しないバルブを通じて油室１３０Ｃから作動油が排出されると、スリーブ１２は自重により下降し、原位置Ｂ１に復帰する。

後述するように、スリーブ１２の上昇中にヘッド室Ｃ１に作動油が補充される。スリーブ上昇中におけるヘッド室Ｃ１への作動油の補充によりプランジャ１１がスリーブ１２に対して前進しても、スリーブ本体１２１に注入された溶湯がプランジャチップ１１１により押し出されてスリーブ本体１２１から溢れ出てしまわないように、リミットスイッチやリニアエンコーダ等を用いてスリーブ１２とプランジャ１１との相対変位量を所定範囲内に制限することが好ましい。そのため、例えば、スリーブ１２に対してプランジャ１１が前進したことで支持部１２２Ｂから被支持部１７が一定距離以上に離れたことを検知可能な第１リミットスイッチ３１（図２（ｂ）のみに示す）を、支持部１２２Ｂにおいて被支持部１７に対向する位置に設けることができる。第１リミットスイッチ３１は、プランジャ１１とスリーブ１２との相対変位量を検知可能な相対変位量検知部に相当する。

スリーブ１２の上昇開始時から、スリーブ１２が上昇している間に亘り、第１リミットスイッチ３１が出力する信号を制御装置１００Ｃにより監視するにあたり、上昇開始前にスリーブ１２が原位置Ｂ１に復帰していることを確認することが好ましい。この確認のため、例えば、スリーブ１２が原位置Ｂ１にあることを検知可能な第２リミットスイッチ３２（図２（ａ）のみに示す）を、シリンダ部１３０Ａの上端においてスリーブ支持体１２２の下端に対向する位置に設けることができる。

〔油圧回路〕
油圧回路２は、図３に模式的かつ概念的に示すように、油圧ポンプ２１およびモータ２２を含む油圧源２０と、複数のバルブ２０１Ｖ，２０２Ｖ，２０３Ｖ等と、作動油の圧力を検知するための計器類（２０４等）と、油圧回路に含まれる要素を繋ぐ配管（実線で示す）と、作動油を貯留するオイルタンク（油圧回路記号で示す）とを備えている。
なお、図３には、油圧回路２の一部の要素のみを示している。オイルタンクは、油圧回路２の他の要素に対して上方に設置されている。

油圧回路２は、ダイカストマシン１００を用いる鋳造の各工程に使用される複数の回路を含んでいる。スリーブ１２の上昇および金型への係合、射出開始までに関連する回路としては、油圧回路２は、連通回路２０１と、スリーブ１２の上昇中にヘッド室Ｃ１に作動油を補充可能な強制補充回路を兼ねる射出前進回路２０２と、ラム１３０Ｂを駆動するラム駆動回路２０３とを備えている。
また、油圧回路２は、ヘッド室Ｃ１の圧力を検知する圧力検知部２０４を備えていることが好ましい。

さらに、油圧回路２は、強制補充回路に加え、オイルタンクからヘッド室Ｃ１へとヘッド差により作動油を補充するため、油圧ポンプ４１、モータ４２、およびオイルタンクを含む油圧源４０と、バルブ４０１Ｖを含むヘッド差補充回路４０１とを備えていることが好ましい。ヘッド差補充回路４０１は、射出前進回路２０２に接続されている。

連通回路２０１は、シリンダ部１５０のロッド側のポートａとヘッド側のポートｂとに接続される経路２０１Ａと、経路２０１Ａに設けられ、制御装置１００Ｃから発せられる指令により開閉動作する開閉バルブ２０１Ｖとを含む。スリーブ１２が上昇または下降する間に亘り開閉バルブ２０１Ｖは開かれる。

射出前進回路２０２は、油圧源２０とバルブ２０２Ｖとを含んで構成されている。射出前進回路２０２は、固定金型１０５にスリーブ本体１２１が係合した状態で制御装置１００Ｃから射出前進開始の指令が発せられると、ヘッド室Ｃ１への圧力の付与によりプランジャ１１を前進させてプランジャチップ１１１により溶湯をキャビティ１０９に向けて射出させる。この射出前進回路２０２は、射出前進開始の指令に先立ち、スリーブ１２が上昇する時間の一部において強制補充回路として機能する。

圧力検知部２０４は、正圧の領域から負圧の領域に亘りヘッド室Ｃ１の圧力を検知可能である限りにおいて、１以上の圧力センサを含んで適宜に構成することができる。
本実施形態の圧力検知部２０４は、ヘッド室Ｃ１の圧力を正圧領域において検知可能な正圧センサ２０４Ａと、ヘッド室Ｃ１の圧力を負圧領域において検知可能な負圧センサ２０４Ｂとを含む。正圧センサ２０４Ａおよび負圧センサ２０４Ｂとしては、例えば、セラミック材料等から形成されたダイアフラムを有する静電容量式の圧力センサを用いることができる。かかる圧力センサは、ダイアフラムの変位の大きさおよび向きに基づいて、正圧領域および負圧領域のいずれの圧力値をも電気信号として出力することができる。

スリーブ１２の上昇時に連通回路２０１を通じてロッド室Ｃ２からヘッド室Ｃ１へと流入する作動油の量は、そのときのピストンロッド１５１の上昇に伴い増加するヘッド室Ｃ１の容積に対して、ピストンロッド１５１の径に相当する分不足する。そのため、ロッド室Ｃ２以外から、例えば、ヘッド差によりオイルタンクからヘッド室Ｃ１へと、ヘッド室Ｃ１の容積増大に遅滞なく、不足量に相応の量で作動油が補充されない限り、ヘッド室Ｃ１は負圧となる。仮に、スリーブ１２の上昇限への到達により固定金型１０５へのスリーブ本体１２１の係合が完了した時においてヘッド室Ｃ１が負圧であるならば、金型への係合完了に伴い制御装置１００Ｃから射出前進開始の指令が発せられ、当該指令に対応するバルブが動作しても、ヘッド室Ｃ１の圧力が増加して正圧に転じるまではプランジャ１１が前進を開始しないので、射出の開始が遅れる。この場合、例えば、図８に示すようなタイムラグｔｄが発生する。

強制補充回路としての射出前進回路２０２は、油圧ポンプ２１により、スリーブ１２の上昇中にロッド室Ｃ２からヘッド室Ｃ１へと作動油が流入している時でも、ロッド室Ｃ２からヘッド室Ｃ１へ流れる作動油の流動エネルギーよりも大きな流動エネルギーを作動油に与えてヘッド室Ｃ１に圧送することが可能である。そして、油圧ポンプ２１により圧送される作動油がヘッド室Ｃ１に補充されることで、スリーブ１２の上昇終了に伴う射出開始指令の発令時までにヘッド室Ｃ１の負圧を解消することができるので、射出開始指令に遅滞なく、プランジャ１１による射出前進動作を開始させることができる。

〔鋳造方法〕
ダイカストマシン１００を用いる鋳造のサイクルは、図４に示すように、注湯工程Ｓ１、マシン側傾転工程Ｓ２、スリーブ上昇工程Ｓ３、射出充填工程Ｓ４、増圧・保圧工程Ｓ５、型開工程Ｓ６、射出後退工程Ｓ７、およびスリーブ給湯側傾転工程Ｓ８を含んでいる。
サイクル開始時にはスリーブ１２が傾転位置Ａ２にある。スリーブ本体１２１への注湯（Ｓ１）、スリーブ１２の直立位置Ａ１への傾転動作（Ｓ２）、およびスリーブ１２の上昇動作（Ｓ３）は、固定金型１０５および可動金型１０６の型締と並行して行われる。工程Ｓ４～Ｓ７を終えると、次のサイクルのため、スリーブ１２を注湯用の位置Ａ２まで傾転させる（工程Ｓ８）。

以下、図５および図６を参照しつつ、スリーブ１２の上昇開始から射出前進指令までの制御の一例について説明する。
図５は、スリーブ上昇工程Ｓ３の詳細を示している。図６は、スリーブ１２の上昇を開始してから射出動作が開始されるまでの時間軸に対するヘッド室Ｃ１の圧力Ｐ_ｈおよびプランジャ１１のストロークＳ_ｔの変化の一例を示している。

スリーブ１２の上昇開始に先立ち、スリーブ１２を傾転させた状態で、図示しない給湯装置により上方からスリーブ本体１２１に溶湯を注入する（第１ステップ）。注湯を終えたならば、油圧回路２の図示しない経路を通じて傾転シリンダ１４２のロッド室１４２Ａに作動油を供給することでピストンロッド１４２Ｂを引き込むと、スリーブ１２が軸Ｘの周りに変位して傾転位置Ａ２から直立位置Ａ１へと復帰する（第２ステップ）。スリーブ１２の復帰により、スリーブ本体１２１が固定金型１０５の直下に配置される。

制御装置１００Ｃは、スリーブ１２の直立位置Ａ１への復帰が図示しないリミットスイッチ等により検知されたならば（ステップｓ０１）、スリーブ上昇指令を発し、ラム駆動回路２０３のバルブ２０３Ｖを開き、油圧源２０から作動油をラムシリンダ１３０に供給してスリーブ１２の上昇を開始する（第３ステップとしてのステップｓ０２）。スリーブ１２の上昇にプランジャ１１およびピストンロッド１５１は追従する。このときのプランジャ１１の移動速度は、例えば、金型への係合後に溶湯を射出する時のプランジャ１１の移動速度と同等である。

スリーブ１２の上昇を開始するにあたり、第２リミットスイッチ３２からの信号によりスリーブ１２が原位置Ｂ１にあることを確認するとともに、連通回路２０１の開閉バルブ２０１Ｖを開く。
スリーブ上昇指令の発令（ステップｓ０２）後、制御装置１００Ｃは、スリーブ１２に対するプランジャ１１の相対変位に係る第１制御ループＬ１と、ヘッド室Ｃ１への作動油の補充に係る第２制御ループＬ２（第４ステップ）とを実施する。

（第１制御ループ）
第１制御ループＬ１においては、第１リミットスイッチ３１からの信号によりプランジャ１１のスリーブ１２に対する相対変位量を監視しながら（ステップｓ１２）、スリーブ１２が上昇限Ｂ２に至るまで（ステップｓ１１でNo）、スリーブ１２を上昇させる。第１制御ループＬ１が開始されると、第２制御ループＬ２も開始される（ステップｓ２１へ）。

相対変位量が正常な範囲内に収まっているならば、第１リミットスイッチ３１からONの信号が出力される。第１リミットスイッチ３１からONの信号が出力されている間は（ステップｓ１２でNo）、ラムシリンダ１３０に作動油を供給してスリーブ１２の上昇を継続させる。
上昇限Ｂ２までスリーブ１２が到達したことがストロークセンサ１８により検知されたならば（ステップｓ１１でNo）、スリーブ本体１２１が固定金型１０５に係合している（第５ステップ）。このとき、ラム駆動回路２０３の作動を停止させてスリーブ上昇を終了するとともに、ヘッド差によるヘッド室Ｃ１への作動油の補充を停止させる（ステップｓ１４）。
制御装置１００Ｃは、金型への係合とほぼ同時に射出開始指令を発することで、射出前進回路２０２によるヘッド室Ｃ１への圧力の付与によりプランジャ１１を前進させて溶湯をキャビティ１０９に向けて射出する（第６ステップ）。

一方、射出装置１や油圧回路２における外乱等によりプランジャ１１がスリーブ１２に対して所定の閾値を超えて前進した場合は、第１リミットスイッチ３１がOFFとなる（ステップｓ１２でYes）。
この場合は、スリーブ上昇停止指令を発し、バルブ２０３Ｖを閉じてスリーブ１２の上昇を停止させるとともに、強制補充回路（射出前進回路２０２）のバルブ２０２Ｖ、およびヘッド差補充回路４０１のバルブ４０１Ｖを閉じて、ヘッド室Ｃ１への作動油の補充を停止させる。さらに、警報を出力するとよい（以上、ステップｓ１３）。
ステップｓ１３によりヘッド室Ｃ１への作動油の補充が停止するので、スリーブ本体１２１から溶湯が溢れ出ることを未然に防止することができる。

（第２制御ループ）
第２制御ループＬ２は、第１制御ループＬ１と並行して行われ、圧力検知部２０４からの信号によりヘッド室Ｃ１の圧力を監視しながら（例えばステップｓ２２～ｓ２５）ヘッド室Ｃ１への作動油の強制的な補充を行う。

まず、オイルタンクからヘッド室Ｃ１へのヘッド差による作動油の補充を開始する（ステップｓ２１）。続いて、ヘッド室Ｃ１の作動油の圧力（以下、ヘッド圧と称する）に相当する圧力検知部２０４からの圧力検出値に基づいて、ヘッド室Ｃ１への強制的な補充（ステップｓ２７）をスリーブ１２の上昇中において適時に行う。

具体的には、正圧センサ２０４Ａおよび負圧センサ２０４Ｂのそれぞれから得られる圧力検出値に基づいて、ヘッド圧が正常圧力の範囲内（図６のＰ_minからＰ_maxまで）にあることを確認しつつ（ステップｓ２３，ｓ２６）、ヘッド圧が予め設定された補充開始圧Ｐ_１以下となったときから、作動油の補充によりヘッド圧が増加して補充終了圧Ｐ_２以上になったときまでに亘り（図６参照）、強制補充回路（射出前進回路２０２）を作動させて強制補充を行う（ステップｓ２７）。図６に示す網掛けパターンは、強制補充回路が作動する範囲（Ｐ_１からＰ_２まで）を示している。補充開始圧Ｐ_１および補充終了圧Ｐ_２は、圧力値が０以下の所定の圧力範囲内において適宜に設定することができ、Ｐ_１＜Ｐ_２である。Ｐ_１，Ｐ_２の値の設定により、ヘッド室Ｃ１に強制的に補充される作動油の量を制御することができる。
ヘッド室Ｃ１への作動油の強制的な補充を実施しつつ、ヘッド圧の負圧の解消に足りる限度に補充量が制限されることにより、強制補充によるプランジャ１１の過大な前進を防ぐことが可能となる。

例えば、負圧でも正圧でもヘッド圧が正常圧力を逸脱した場合（ステップｓ２３でNo、ステップｓ２６でNo）は、ダイカストマシン１００を異常停止させる（ステップｓ２７，ｓ３０）。そのとき、制御装置１００Ｃは、スリーブ上昇停止指令を発し、ヘッド差補充回路４０１の作動も、強制補充に用いられる射出前進回路２０２の作動も停止させるとともに、警報を出力する。ヘッド圧がＰ_max以上の場合は（ｓ２６でNo）、既に油圧ポンプ２１を作動させて強制補充が行われていれば（ステップｓ２８）、油圧ポンプ２１の作動を停止させる。

ヘッド圧が負圧である場合は（ステップｓ２２でYes）、ヘッド圧が補充開始圧Ｐ_１以下であるならば（ステップｓ２３でNo）射出前進回路２０２によるヘッド室Ｃ１への作動油の圧送を開始する（ステップｓ２８）。ヘッド室Ｃ１には、少なくとも、ロッド室Ｃ２からの作動油と射出前進回路２０２からの作動油とが流入する。
第１制御ループＬ１においてスリーブ１２を上昇させながら第２制御ループＬ２においてヘッド室Ｃ１に作動油を強制的に補充することにより、ヘッド圧が増加して補充終了圧Ｐ_２以上になったならば（ステップｓ２５でYes）、射出前進回路２０２の作動を停止させて強制補充を終了する（ステップｓ２９）。スリーブ１２が上昇限Ｂ２まで上昇し、射出開始指令が発せられたならば、射出前進回路２０２によるヘッド室Ｃ１への作動油の供給が再開される。

例えば図６に示すように、スリーブ１２の上昇開始時にはヘッド圧が正圧であって、スリーブ１２の上昇にピストンロッド１５１が追従することによるヘッド室Ｃ１における作動油の不足からヘッド圧が減少して負圧に至るとする。ヘッド圧が負圧に至ったとしても、上述のようにヘッド室Ｃ１に強制的に作動油が補充されることにより、たとえ、ヘッド差補充回路４０１からのヘッド室Ｃ１への作動油の補充がスリーブ１２の上昇中は全く行われないとしても、ヘッド圧を減少から増加に転じさせて正圧に至らしめることができる。
そうすると、スリーブ１２の上昇限への到達による金型への係合に伴い（ステップｓ１１でNo）、制御装置１００Ｃから射出開始指令が発せられる時（ｔ１）には、ヘッド圧が正圧であるから、射出開始指令の発令により作動油がヘッド室Ｃ１に流入すると直ちにプランジャ１１が前進を開始する。
なお、ヘッド差による補充は必須ではないが、ヘッド差による補充と、強制補充とを併用することで、油圧ポンプ２１を稼働させるためにモータ２２に供給される電力の使用量を抑えることができる。

本実施形態とは異なり、強制補充回路（射出前進回路２０２）によるヘッド室Ｃ１への作動油の補充が行われないとすれば、例えば、図７に示す比較例のように、射出開始指令の発令時ｔ１においてヘッド圧が負圧である。当該比較例において、ヘッド差によるヘッド室Ｃ１への作動油の補充は行われている。射出開始指令の発令時ｔ１においてヘッド圧が負圧であるならば、発令時ｔ１から、ヘッド室Ｃ１への作動油の流入によりヘッド圧が増加して正圧に転じるまでに時間を要する。そのため、射出開始指令の発令時ｔ１から、プランジャ１１が実際に前進を開始する時ｔ２までのタイムラグｔｄが生じる。

〔本実施形態による主な効果〕
本実施形態のダイカストマシン１００および鋳造方法によれば、射出装置１の構造からスリーブ１２の上昇開始後にヘッド圧が負圧になることが避けられないとしても、スリーブ１２上昇中のヘッド室Ｃ１への強制的な作動油の補充により、射出開始指令の発令時までにはヘッド圧を負圧から正圧へと回復させることができる。そのため、射出開始指令に遅滞なくプランジャ１１が前進を開始するから、溶湯の温度を出来る限り低下させないでキャビティ１０９に溶湯を充填することができる。したがって、湯回りの不良や凝固層の混入を避けて鋳造品質を向上させることができる。また、射出開始指令の発令時にヘッド圧が負圧である場合に生じるタイムラグｔｄを解消してサイクルタイムを短縮することができるので、生産性を向上させることができる。

本実施形態によれば、既存の油圧回路と同一の構成の油圧回路２を使用するとしても、油圧回路２に溶湯の射出のために備えられている射出前進回路２０２が、制御装置１００Ｃにより、ヘッド室Ｃ１に作動油を強制的に補充するように制御されることによって、スリーブ上昇中における強制的な補充を実現する。したがって、既設のダイカストマシン１００の制御装置１００Ｃに搭載されるコンピュータプログラムに、スリーブ上昇中の射出前進回路２０２による強制補充のモジュールを付加することによって、ヘッド室Ｃ１の負圧に起因するタイムラグｔｄを解消して鋳造品質および生産性の向上を安価に実現することができる。

本実施形態とは異なり、タイムラグｔｄを解消するために、既定の射出開始指令の発令時ｔ１からタイムラグｔｄに相当する分先行して、スリーブ１２の上昇中に射出開始指令を発令する場合を考える。この場合は、製品ごとに変化するスリーブ１２の上昇速度やヘッド室Ｃ１に必要な作動油の補充流量等を考慮して、製品切替の都度、射出開始指令に対応するストローク位置の再設定が必要となる。また、ストローク位置の設定に誤りがあった場合は、射出開始指令に基づくプランジャ１１の前進によりスリーブ本体１２１から溶湯が溢れ出るおそれがある。

本実施形態によれば、金型への係合に先立ち射出開始指令を発生させる必要はなく、スリーブ１２の上昇中に圧力検知部２０４によりヘッド圧の圧力を監視しながら、ヘッド室Ｃ１における作動油の不足量に見合う量の作動油をヘッド室Ｃ１に確実に補充することができる。必要であれば、制御装置１００Ｃにより射出前進回路２０２のバルブを動作させることで、スリーブ１２の上昇速度に応じてヘッド室Ｃ１への補充流量を制御することも可能であり、そうすることで作動油の温度変化によるスリーブ１２の上昇温度の変化にも対処できる。
また、本実施形態によれば、第１リミットスイッチ３１によりプランジャ１１とスリーブ１２との相対変位量を監視することで、ヘッド室Ｃ１に強制的に補充される作動油の量を制限可能であるため、溶湯が溢れ出すことを未然に防止しつつ、ヘッド圧の負圧の解消に足りる量の作動油をヘッド室Ｃ１に補充することができる。

スリーブ１２の上昇中にヘッド室Ｃ１に作動油を補充するために、キャビティ１０９への溶湯の射出に用いられる油圧源２０（図３）とは別の油圧源を用いることも許容される。但し、製品ごとに異なるスリーブ１２の上昇のストロークや上昇速度に相応の作動油流量等を油圧源２０に設定するのみならず、補充用の油圧源に対しても設定する必要があるから、製品切り替え時の調整作業に余分に時間が掛かる。
したがって、本実施形態のように、溶湯の射出に用いられる射出前進回路２０２をスリーブ上昇時のヘッド室Ｃ１への作動油の補充にも使用し、かつ、射出時と同様の油圧源２０の設定にて作動させることが好ましい。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
射出装置１は、必ずしも傾転可能に構成されていなくともよい。例えば、射出装置１は、基本位置と注湯用の位置とに変位可能である限り、軸線Ｌに対して平行に変位可能に構成されていたり、軸線Ｌに対して直交する方向に変位可能に構成されていたりしてもよい。
また、射出装置１は、鉛直方向に対して平行に立設される竪型の射出装置に限らず、水平方向に対して平行に設置される横型の射出装置であってもよい。

１ 射出装置
２ 油圧回路
１１ プランジャ
１２ スリーブ
１３ スリーブ駆動機構
１４ 移動機構
１５ 射出シリンダ
１６ カップリング
１７ 被支持部
１８ ストロークセンサ
２０ 油圧源
２１ 油圧ポンプ
２２ モータ
３１ 第１リミットスイッチ（相対変位量検知部）
３２ 第２リミットスイッチ
４０ 油圧源
４１ 油圧ポンプ
４２ モータ
１００ ダイカストマシン
１００Ｃ 制御装置
１０１ 下側ベース
１０２ 固定プラテン
１０３ 上側ベース
１０４ 可動プラテン
１０５ 固定金型
１０６ 可動金型
１０７ 型締シリンダ
１０８ コラム
１０９ キャビティ
１１１ プランジャチップ
１１２ プランジャロッド
１２１ スリーブ本体
１２２ スリーブ支持体
１２２Ａ 延出部
１２２Ｂ 支持部
１２２Ｃ 凹部
１３０ ラムシリンダ
１３０Ａ シリンダ部
１３０Ｂ ラム
１３０Ｃ 油室
１４１ 軸部
１４２ 傾転シリンダ
１４２Ａ ロッド室
１４２Ｂ ピストンロッド
１５０ シリンダ部
１５１ ピストンロッド
１５１Ａ ヘッド
１８１ ラック
１８２ ピニオン
１８３ ロータリーエンコーダ
２０１ 連通回路
２０１Ａ 経路
２０１Ｖ 開閉バルブ
２０２ 射出前進回路（強制補充回路）
２０２Ｖ バルブ
２０３ ラム駆動回路
２０３Ｖ バルブ
２０４ 圧力検知部
２０４Ａ 正圧センサ
２０４Ｂ 負圧センサ
４０１ ヘッド差補充回路
４０１Ｖ バルブ
ａ，ｂ ポート
Ａ１ 直立位置（基本位置）
Ａ２ 傾転位置（注湯用の位置）
Ｂ１ 原位置
Ｂ２ 上昇限
Ｃ１ ヘッド室
Ｃ２ ロッド室
Ｆ フロア
Ｌ 軸線
Ｌ１ 第１制御ループ
Ｌ２ 第２制御ループ
Ｐ_１ 補充開始圧
Ｐ_２ 補充終了圧
Ｐ_ｈ 圧力（ヘッド圧）
Ｒ 移動経路
ｓ 変位量
Ｓ１ 注湯
Ｓ２ マシン側傾転工程
Ｓ３ スリーブ上昇工程
Ｓ４ 射出充填工程
Ｓ５ 増圧・保圧工程
Ｓ６ 型開工程
Ｓ７ 射出後退工程
Ｓ８ スリーブ給湯側傾転工程
ｓ０１～ｓ０２ ステップ
ｓ１１～ｓ１４ ステップ
ｓ２１～ｓ３０ ステップ
Ｓ_ｔ ストローク
ｔ１ 射出開始指令の発令時
ｔ２ 射出前進開始時
ｔｄ タイムラグ
ｖ 移動速度
Ｘ 軸

Claims (8)

1. 金型のキャビティへと溶湯を射出するプランジャを駆動する射出シリンダを含む射出装置、および前記射出シリンダに接続される油圧回路を備えるダイカストマシンであって、
   前記射出装置は、
   前記金型に対する係合および離脱が可能であって、前記金型から離脱した状態で前記溶湯が注入されるスリーブ本体、および前記スリーブ本体を支持するスリーブ支持体を含むスリーブと、
   前記スリーブを注湯用の位置と基本位置とに変位させる移動機構と、
   前記スリーブ本体に対して進退可能であって前記溶湯を前記キャビティに向けて押し出すプランジャチップ、および前記プランジャチップから前記金型に対して離れる向きに延出するプランジャロッドを含む前記プランジャと、
   前記プランジャロッドに連結されるピストンロッドを含む前記射出シリンダと、
   前記スリーブ本体が前記金型に係合する向きに前記スリーブを軸線に対して平行に駆動可能なスリーブ駆動機構と、を備え、
   前記油圧回路は、
   前記射出シリンダのロッド室とヘッド室とを連通させる連通回路と、
   前記ヘッド室に作動油をポンプにより圧送可能な強制補充回路と、を備え、
   前記強制補充回路は、前記スリーブの移動に追従して前記ピストンロッドが移動している時に、前記ヘッド室に前記作動油を強制的に補充するように制御される、
   ダイカストマシン。
2. 前記射出装置は、
   前記プランジャと前記スリーブとの相対変位量を検知可能な相対変位量検知部を備える、
   請求項１に記載のダイカストマシン。
3. 前記軸線は、鉛直方向に対して平行に設定され、
   前記射出装置は、
   前記スリーブ駆動機構による前記スリーブの上昇により前記スリーブ本体が前記金型に係合した状態の前記スリーブに対して、前記プランジャを上方へ前進させることで、前記溶湯を前記キャビティに向けて射出する、
   請求項１または２に記載のダイカストマシン。
4. 前記油圧回路は、
   前記ヘッド室の前記作動油が負圧であることを検知可能な圧力検知部を備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のダイカストマシン。
5. 前記油圧回路は、
   前記ヘッド室への圧力の付与により前記プランジャを前進させて前記プランジャチップにより前記溶湯を前記キャビティに向けて射出させる射出前進回路を備え、
   前記射出前進回路は、
   前記スリーブ本体が前記金型に係合するまで前記スリーブが移動する時間において、前記圧力検知部により得られる圧力値が負圧を示しているとき、前記強制補充回路として前記プランジャを前進させる、
   請求項４に記載のダイカストマシン。
6. スリーブに対して進退可能であって金型のキャビティへと溶湯を射出するプランジャ、および前記プランジャを駆動する射出シリンダを備え、前記スリーブの移動に前記射出シリンダのピストンロッドが追従するように構成されている射出装置を用いる鋳造方法であって、
   前記金型から前記スリーブが離脱している注湯用の位置に前記スリーブがある状態で前記スリーブの本体であるスリーブ本体に前記溶湯を注入する第１ステップと、
   前記注湯用の位置から基本位置へと前記スリーブを変位させることで前記スリーブ本体を前記金型の近傍に配置する第２ステップと、
   前記金型に対して前記スリーブ本体が係合する向きへの前記スリーブの移動を開始する第３ステップと、
   前記スリーブの移動に追従して前記ピストンロッドが移動している時に、前記射出シリンダのヘッド室に作動油をポンプにより圧送する第４ステップと、
   前記スリーブの移動により前記スリーブ本体が前記金型に係合する第５ステップと、
   前記ヘッド室への圧力の付与により前記プランジャを前進させて前記溶湯を前記キャビティに向けて射出する第６ステップと、を含む、鋳造方法。
7. 前記第４ステップにおいて、
   前記ポンプを用いた前記ヘッド室への前記作動油の補充は、
   前記ヘッド室の前記作動油の圧力を検知することで得られるヘッド圧が所定の補充開始圧に対して小さいときに開始され、前記ヘッド圧が所定の補充終了圧に対して大きいときに終了する、
   請求項６に記載の鋳造方法。
8. 前記第４ステップにおいて、
   前記プランジャと前記スリーブとの相対変位量が閾値を超えた場合に、前記ポンプを用いた前記ヘッド室への前記作動油の補充を停止する、
   請求項６または７に記載の鋳造方法。

Images